Zonnecollectoren
De collector vormt een zeer belangrijk onderdeel van een PV-systeem. De collector vangt immers al het zonlicht op en warmt hiermee water op in een zonneboiler.
Er zijn twee verschillende soorten collectoren leverbaar:
* Vlakke plaatcollectoren
* Vacuum buizen
Vlakke plaatcollectoren
Een vlakke plaatcollector bestaat uit een ondiepe bak (hoogte +/- 10 cm), waarin de verschillende onderdelen in lagen zijn aangebracht. Van buiten naar binnen vinden we achtereenvolgens: een lichtdoorlatende afdekplaat, een absorber en isolatiemateriaal.
De absorber is een metalen plaat met aan de bovenzijde een warmteabsorberende laag. Hierin zijn buisjes verwerkt waardoor een vloeistof kan stromen. Gewoonlijk gaat het om water, al dan niet vermengd met additieven. Onder invloed van de zon stijgt de temperatuur van de absorber. Die geeft zijn warmte af aan de vloeistof in kanaaltjes. Het isolatiemateriaal. Aan de achterzijde van de absorber worden de warmteverliezen beperkt door isolatiemateriaal aan te brengen. Dat materiaal moet hittebestendig zijn (bv. glaswol zonder bindhars) tot 200°C. De afdekplaat. Aan de voorzijde van de absorber zorgt de wind voor warmteverlies (afkoeling door convectieverlies). Om dit verlies te verminderen, wordt de absorber afgedekt met glas, met een luchtspouw van enkele cm. De absorber moet immers toegankelijk blijven voor de zonnestraling.
Vacuümbuis zonnecollector
Dit zijn hoog rendement zonnepanelen met heat pipes. Dit type zonnepanelen bestaan uit een verzameling naast elkaar geplaatste buizen van glas. De glazen buizen bestaan uit dubbel glas waartussen het vacuüm zich bevindt. Hierdoor wordt de warmte extreem goed vast gehouden. Tevens is op de binnenwand van het glas nog eens een speciale absorptie coating aangebracht.
In de glazen buis bevindt zich een koperen absorber. De heatpipe geeft een extreme warmte geleiding en opname in de glazen buis, de warmte wordt verzamelt in de top van de heatpipe. De bovenste punt van de heatpipe wordt in de koperen zonnecollector geplaatst waar in alle warmte wordt overgedragen aan het circulerende water.
Soorten
Vacuüm is een nog betere isolator dan materialen zoals glaswol. Vacuümcollectoren hebben daarom minder stralingsverlies dan vlakkeplaatcollectoren, vooral bij hoge temperaturen is de uitstraling aanzienlijk minder. Nog een voordeel van de vacuumbuizen ten opzichte van vlakkeplaat collectoren is dat de ligging minder kritisch is. Doordat het een ronde vorm is valt het licht er onder bijna elke hoek goed op. In technische termen is dit de IAM Voor een zelfde oppervlakte zijn vacuümsystemen meestal duurder, maar hebben een hogere opbrengst. Er zijn verschillende types van vacuümcollectoren:
Buizen met heat pipe
Dit is het systeem wat u bovenop de foto ziet. In de vacuümbuis bevindt zich in het midden een heat pipe. Dit is een meestal koperen buis waarin zich een medium voor warmtetransport bevind. Dit kan een kleine hoeveelheid alcohol, aceton of iets anders zijn. Wanneer de buis warm wordt verdampt dit medium. Hierdoor zal de druk stijgen en bovenin waar de kop van de buis in het manifold steekt en gekoeld word condenseert het medium. Hier zal de druk dan ook dalen. Het drukverschil zal zorgen voor het stromen van het gas, waarmee ook de warmte verplaatst word. Het condensvocht kan door zwaartekracht of capillaire werking terug gevoerd worden naar het warme deel van de heat pipe.
In tegenstelling tot de algemene aanname dat het gas stijgt ten gevolge van de lagere dichtheid bij een hogere temperatuur stijgt het gas voornamelijk door het drukverschil. Het grote voordeel van een heat pipe is juist dat de opgenomen energie zit in de verdampingswarmte van het medium, waardoor een heat pipe over grote lengtes nagenoeg constante temperaturen kan hebben en toch efficiënt warmte verplaatst.
Vlakkeplaat vacuumcollector
Dit is een mengvorm van een vacuümcollector en een vlakkeplaatcollector. In dit geval is de doos waarin het leidingcircuit ligt hermetisch cq luchtdicht afgesloten en wordt de doos niet vacuüm gezogen maar wordt de gewone lucht vervangen door bijvoorbeeld het gas argon, hetzelfde als bij HR++ glas.
Buizen met pompcirculatie
In dit systeem loopt de collectorvloeistof rechtstreeks door de buizen heen om op te warmen. Dit systeem heeft als groot nadeel dat de rubberen pakkingen aan de randen van de buizen naar verloop van tijd gaan lekken, dit doordat de buizen tijdens de warmtebeveiliging zeer heet kunnen worden.
Enkelwandig / dubbelwandig
Er zijn enkelwandige vacuumbuizen en dubbelwandige vacuumbuizen op de markt. De enkelwandige ( dus 1 laag glas ) hebben het nadeel dat ze naar verloop van tijd hun vacuum verliezen. Dit doordat aan de bovenkant er een plastic dop in is geplaatst die is vastgelijmd met een soort kit. Deze kit kan naar verloop van tijd barsten gaan vertonen waardoor het vacuum wordt opgeheven.
Dubbelwandige buizen hebben dit nadeel niet. Deze buizen zijn gemaakt van twee lagen glas die volledig uit 1 geheel bestaan. De enige mogelijkheid om hier het vacuum op te heffen is door ze kapot te slaan.
Temperatuur beveiliging
Wanneer het boilervat volledig op temperatuur is zal de aansturing de pomp afzetten. In dit geval ligt het systeem dus stil. De buizen verwarmen in dit geval nog steeds de vloeistof die in de collector zit. Afhankelijk van de instraling zal de buis zo warm worden dat de collectorvloeistof gaat verdampen. Het systeem gaat in stagnatie. De collectorvloeistof verdampt volledig in de collector en de druk in het systeem zal worden opgevangen door het expansievat.
Wanneer de temperatuur zakt zal de vloeistof weer condenseren en gaat het systeem weer in bedrijf. Bij een vacuumbuis collector ligt de stagnatietemperatuur boven de 200 graden celcius. ( 204 - 270 graden celcius ).